KR100919944B1 - 이동로봇의 맵 생성 시스템 및 맵 생성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동공간 내에 이동로봇이 위치인식을 하기 위한 맵 생성시스템 및 맵 생성방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 천정부에 구비되는 다수개의 랜드마크로 이동 공간 내의 위치를 인식하도록 프로젝터가 이동공간 내에 위치하고 랜드마크에 의해 반사되는 빛을 수용하기 위한 수광부가 마련되며 주행경로 상에서 이전에 인식된 랜드마크와 현재 인식되는 랜드마크 양방간의 일대일 상대 거리 좌표값만으로 모든 랜드마크를 인식하는 맵을 생성함으로써 랜드마크의 위치를 구하는 과정에서 생기는 오차가 일대일로만 적용되므로 오차가 누적되지 않는 이동로봇의 맵 생성 시스템 및 맵 생성방법에 관한 것이다.

이에 따라 본 발명은 이동 공간 내에 주행가능하도록 구동부가 형성된 이동로봇과; 상기 이동 공간 내의 일정 지점에 고정 위치되어 천정부를 향해 빛을 조사하는 프로젝터와; 상기 프로젝터에 의해 조사된 빛이 반사되어 이를 이동로봇이 감지함으로써 이동 공간 내의 위치를 인식하도록 하기 위해 천정부에 배치되는 다수개의 랜드마크와; 상기 이동로봇 외측에 장착되며 랜드마크에 의해 반사되는 빛을 수광하는 수광부 및; 이동로봇의 이동 공간 내에 경로설정을 위한 맵핑과정에서 상기 수광부로부터 검출되는 다수개의 각각의 랜드마크 중 서로 이격 배치되어 연결되며 주행하는 로봇의 주행경로에 의해 연속적으로 배치되는 양 랜드마크 간의 일대일 상대 거리 좌표값이 저장되어 특정 랜드마크로 이동 시 상기 일대일 상대 거리 좌표값으로 경로를 계획하여 이동하도록 이동로봇의 구동부를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어진다.

Description

이동로봇의 맵 생성 시스템 및 맵 생성방법{Map Creation system and Map Creation Method of Mobile Robot}

본 발명은 이동공간 내에 이동로봇이 위치인식을 하기 위한 맵 생성시스템 및 맵 생성방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 천정부에 구비되는 다수개의 랜드마크로 이동 공간 내의 위치를 인식하도록 프로젝터가 이동공간 내에 위치하고 랜드마크에 의해 반사되는 빛을 수용하기 위한 수광부가 마련되며 주행경로 상에서 이전에 인식된 랜드마크와 현재 인식되는 랜드마크 양방간의 일대일 상대 거리 좌표값만으로 모든 랜드마크를 인식하는 맵을 생성함으로써 랜드마크의 위치를 구하는 과정에서 생기는 오차가 일대일로만 적용되므로 오차가 누적되지 않는 이동로봇의 맵 생성 시스템 및 맵 생성방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자율 주행용 이동로봇은 일정 공간을 자유롭게 이동하기 위하여 현재의 자기 위치를 정확히 인식한 후 현재 위치로부터 목표 위치로 오차없이 이동할 수 있어야 한다.

이를 위해 이동로봇으로 하여금 현재 자기의 위치를 인식할 수 있도록 하는 위치 정보 제공수단으로 소정의 랜드마크(Landmark)가 사용되는데, 이러한 랜드마크를 이용하여 위치 인식하는 방법으로는 이동로봇에서는 일정한 작업 공간에 설치되는 랜드마크를 카메라로 촬영하여 이를 외부 영상에 대한 영상신호 처리과정을 통해 인식하여 인식된 랜드마크로 현재 자기의 위치를 파악할 수 있는 위치 정보를 얻거나, 랜드마크로 빛을 조사하여 반사되어 입사되는 빛을 감지함으로써 인식되는 랜드마크를 통한 자기 위치를 파악하는 방법이 있다.

이러한 랜드마크는 여러 가지 형태로 설계되어질 수 있는데, 통상 원, 체인(chain)과 같은 기하학적인 특정 패턴(pattern)이 사용되고 있다.

상기 방법 중 카메라를 촬영하여 위치를 파악하는 방법은 랜드마크의 특정 패턴을 작업 공간에 대한 외부 영상 신호로부터 추출하게 되는데, 이 때 외부 영상신호로부터 랜드마크의 패턴을 추출하기 위해서는 카메라를 통해 촬영하는 작업공간의 조명 상태와 같은 외부적인 환경요소에 의한 영향을 많이 받게 된다.

즉, 조명 또는 조도에 의한 밝고 어두움, 조형물이나 벽지 등의 모양 등에 의해 카메라로 촬영되는 외부 영상 가운데 랜드마크의 패턴을 인식하는데 영향을 많이 받으며, 이에 따라 랜드마크의 패턴을 인식하기 위한 연산과정이 더욱 복잡해지는 문제점이 있다.

한편 상기 랜드마크에 프로젝터를 통한 빛을 조사하여 반사되는 빛을 수광하는 형태로 이동 로봇의 현 위치 및 이동 경로를 설정하는 맵핑 방법은 이동 로봇이 맵핑 공간 내에서 이동하면서 하나의 전역좌표계를 기준으로 각 랜드마크를 등록하는 과정을 거친 후, 원하는 목적지로 이동하도록 경로를 설정하게 된다.

이와 같은 맵핑 방법의 경우, 각 랜드마크를 등록하는 과정에서 오차가 구동바퀴의 미끄러짐 등으로 인한 거리 오차가 발생될 경우 순차적으로 등록되는 이후 랜드마크의 경우 계속하여 오차가 누적되는 문제점이 발생되었다.

이 문제를 해결하기 위해서는 보다 많은 랜드마크를 추가하거나 별도의 센서를 부가해야 하는 부담이 있으며 랜드마크의 일관성을 지키기 위해서는 높은 연관성을 갖는 공분산 행렬을 풀어야 하는 어려움이 발생된다.

이에 따라 맵핑 공간 내의 노면 상태에 따라 이동 로봇의 맵핑 설정이 불안정하여 주행 또는 목적하는 작업 수행에 불안정을 야기하였다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 천정부에 구비되는 다수개의 랜드마크로 이동 공간 내의 위치를 인식하도록 프로젝터가 이동공간 내에 위치하고 랜드마크에 의해 반사되는 빛을 수용하기 위한 수광부가 마련되며 주행경로 상에서 이전에 인식된 랜드마크와 현재 인식되는 랜드마크 양방간의 일대일 상대 거리 좌표값만으로 모든 랜드마크를 인식하는 맵을 생성함으로써 랜드마크의 위치를 구하는 과정에서 생기는 오차가 일대일로만 적용되므로 오차가 누적되지 않는 이동로봇의 맵 생성 시스템 및 맵 생성방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 이동 공간 내에 주행가능하도록 구동부가 형성된 이동로봇과; 상기 이동 공간 내의 일정 지점에 고정 위치되어 천정부를 향해 빛을 조사하는 프로젝터와; 상기 프로젝터에 의해 조사된 빛이 반사되어 이를 이동로봇이 감지함으로써 이동 공간 내의 위치를 인식하도록 하기 위해 천정부에 배치되는 다수개의 랜드마크와; 상기 이동로봇 외측에 장착되며 랜드마크에 의해 반사되는 빛을 수광하는 수광부 및; 이동로봇의 이동 공간 내에 경로설정을 위한 맵핑과정에서 상기 수광부로부터 검출되는 다수개의 각각의 랜드마크 중 서로 이격 배치되어 연결되며 주행하는 로봇의 주행경로에 의해 연속적으로 배치되는 양 랜드마크 간의 일대일 상대 거리 좌표값이 저장되어 특정 랜드마크로 이동 시 상기 일대일 상대 거리 좌표값으로 경로를 계획하여 이동하도록 이동로봇의 구동부를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 일대일 상대 거리 좌표값은 상대 거리를 측정하는 양 랜드마크 중 주행하여 통과한 랜드마크가 기준 랜드마크가 되며, 현재 인식된 랜트마크가 설정된 기준축에 대해 형성되는 각과 이동거리로 표현된다.

아울러 본 발명은 이동 공간 내에 자율주행하는 이동로봇과, 상기 이동 공간 내의 일정 지점에 고정 위치되어 천정부를 향해 빛을 조사하는 프로젝터와, 상기 프로젝터에 의해 조사된 빛이 반사되어 이를 이동로봇이 감지함으로써 이동 공간 내의 위치를 인식하도록 하기 위해 천정부에 배치되는 랜드마크와, 상기 이동로봇 외측에 장착되며 랜드마크에 의해 반사되는 빛을 수광하는 수광부 및 다수개의 각각의 랜드마크 중 서로 이격 배치되어 연결되며 주행하는 로봇의 주행경로에 의해 연속적으로 배치되는 양 랜드마크 간의 일대일 상대 거리 좌표값만을 저장하여 특정 랜드마크로 이동 시 상기 일대일 상대 거리 좌표값으로 경로를 계획하여 이동하도록 이동로봇의 구동부를 제어하는 제어부로 이루어져 이동로봇이 주행하기 위한 경로 설정을 위해 이동 공간 내의 맵을 생성하는 방법에 있어서, 상기 이동로봇이 이동공간에 위치하여 경로설정을 위해 랜덤하게 주행하며 이동공간의 일정 지점에 고정 위치되는 프로젝터로부터 빛이 조사되는 단계와; 상기 이동로봇의 수광부에 다수개의 랜드마크가 프로젝터로부터 조사된 빛에 의해 입사되어 순차적으로 인식되되, 주행하는 로봇의 주행경로에 의해 연속적으로 배치되는 양 랜드마크들 간에는 일대일 상대 거리 좌표값이 이동로봇의 제어부에 저장되어 맵이 생성되는 단계;를 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 일대일 상대 거리 좌표값은 순차적으로 인식되는 양 랜드마크 들간에 상대 거리로, 양 랜드마크 중 주행하여 통과한 랜드마크가 기준 랜드마크가 되며, 현재 인식된 랜트마크가 설정된 기준축에 대해 형성되는 각과 이동거리로 표현되는 것을 특징으로 하는 상대좌표계를 이용하여 맵 설정이 이루어진다.

이하에서는 본 발명에 따른 이동로봇에 대해 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 맵 생성시스템을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 맵 생성과정을 나타내는 구성도이며, 도 3은 제어부에 저장되는 위치 정보에 대한 예를 도시한 도면이다.

도면을 참조하면 본 발명에 따른 이동로봇의 맵 생성시스템은 이동 공간 내에 주행가능하도록 구동부가 형성된 이동로봇(100)과, 상기 이동공간 내의 일정 지점에 고정 위치되어 천정부를 향해 빛을 조사하는 프로젝터(10)와, 상기 프로젝터(10)에 의해 조사된 빛이 반사되어 이를 감지함으로써 이동 공간 내의 위치를 인식하도록 하기 위해 천정부에 배치되는 다수개의 랜드마크(200)와, 상기 이동로봇(100) 외측에 장착되며 랜드마크(200)에 의해 반사되는 빛을 수광하는 수광부(20) 및 이동로봇의 이동 공간 내에 경로설정을 위한 맵핑과정에서 상기 수광부(20)로부터 검출되는 다수개의 각각의 랜드마크(200) 중 서로 이격 배치되어 연결되며 주행하는 로봇의 주행경로에 의해 연속적으로 배치되는 양 랜드마크 간의 일대일 상대 거리 좌표값이 저장되어 특정 랜드마크(200)로 이동 시 상기 일대일 상대 거리 좌표값으로 경로를 계획하여 이동하도록 이동로봇(100)의 구동부를 제어하는 제어부(30)로 이루어진다.

여기서 상기 이동로봇(100)은 자율주행 가능한 로봇으로서 구동부를 가짐은 물론이며, 제어부(30)가 장착되어 특정 위치로 이동가능한 로봇이며, 이러한 이동로봇(100)에는 홈 서빙로봇 또는 청소로봇 등이 될 수 있다.

한편 상기 프로젝터(10)는 이동공간 내의 일정 지점에 고정 위치되어 천정부를 향해 빛을 조사하기 위해 마련되는데, 이는 후술될 이동로봇(100)의 수광부(20)에서 랜드마크(200)를 인식할 수 있도록 빛을 조사하는 것이다.

여기서 상기 프로젝터(10)의 발광원은 한 쌍으로 형성됨이 바람직하며, 이에 따라 수광부(20)에 인식되는 하나의 랜드마크(200)에 대한 위치는 두개로 형성되는데, 여기서 정확한 랜드마크(200)의 위치는 상기 두 위치의 가운데가 될 것이다.

이와 같이 한 쌍의 발광원을 가지는 프로젝터(10)에 의해 수광부(20)가 랜드마크(200)를 인식하는 구성은 하나의 발광원을 가지는 프로젝터(10)로 구성하는 것보다 위치인식 오차를 줄이기 위한 것이며, 이에 따라 보다 정확한 랜드마크(200)의 위치값을 얻기 위한 것이다.

한편 상기 랜드마크(200)는 이동로봇(100)이 이동공간 내의 주행경로를 생성할 수 있도록 위치 정보의 기준을 제공하기 위해 마련되며, 천정부에 다수개가 형성되어 각 랜드마크(200) 별로 각각의 위치데이터 및 고유 번호가 후술될 제어부(30)에 저장된다.

물론 상기 위치데이터는 주행경로 상에 연결되는 각 한 쌍의 랜드마크(200) 간에 일대일 상대 거리 좌표값 형태로 마련된다.

또한 상기 랜드마크(200)는 이동 공간 내에 이동할 필요가 있는 각 위치별로 마련됨이 바람직하며, 이러한 랜드마크(200)로는 적외선 마커인 것이 바람직하다.

한편 상기 제어부(30)는 수광부(20)에서 인식하는 랜드마크(200)의 위치 정보를 저장하여 이를 통해 맵을 생성하고 이동시 최단경로를 설정, 구동부를 제어하도록 마련되는데, 여기서 상기 랜드마크(200)의 위치 정보로는 전술하였듯이 주행경로 상에 연결되는 각 양 랜드마크(200)들간의 일대일 상대 거리 좌표값으로 표현된다.

상기 일대일 상대 거리 좌표값은 양 랜드마크(200) 중 먼저 이동한 랜드마크(20°0)를 기준으로 설정하며 이후 인식되는 랜드마크(200)로 주행하는 과정에서 발생되는 이동거리와 이동각도값이 된다.

도 2에 도시된 A 지점과 B 지점 간의 일대일 상대 거리 좌표값인 (α, d₁)은 A 지점에서 북(N)방향을 기준축으로 하여 α°로 d₁ 거리만큼 이동하면 B 지점에 위치된다는 것을 나타낸다.

따라서 모든 랜드마크(200)의 고유 번호별로 상기 일대일 상대 거리 좌표값은 도 3과 같이 제어부(30)에 저장되며, A 지점에서 C 지점으로 이동시 주행경로는 A→B→C 로 (direction: 105, distance: 128), (direction: 120, distance: 112) 만큼 이동하면 될 것이다.

물론 반대로 C 지점에서 A 지점으로 이동하여야 할 경우 C→B→A로 주행경로가 채택될 것이며, (direction: 60, distance: 112), (direction: 75, distance: 128)만큼 이동하면 될 것이다.

본 발명에 따른 맵 생성시스템은 상기 이동로봇(100)이 이동공간 내의 다수개의 랜드마크(200)를 통해 다양한 구역을 인식하도록 하며 필요에 따라 특정 구역 또는 위치로 이동해야 될 경우 이동오차를 줄여 최단경로로 이동하기 위한 것이다.

이를 위해 본 발명은 종래 랜드마크(200) 기반의 전역좌표계를 통해 맵을 생성하여 이에 따라 이동하는 절대좌표계 형태를 채택하지 않고 주행경로 상에 연결되는 각 랜드마크(200) 양방간에 이동거리 및 기준축에 대해 형성되는 각도만으로 모든 랜드마크(200)를 인식, 저장하여 특정위치로 이동시 최단경로알고리즘을 일정 랜드마크(200)를 거쳐 특정위치로 이동시키는 상대좌표계 형태를 채택하는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 맵 생성과정을 나타내는 순서도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 맵 생성방법은 이동로봇(100)의 프로젝터(10)가 천정부로 빛을 조사하고 단계(S10)와, 이동로봇(100)이 맵 설정을 위한 주행하는 단계(S20)와, 주행중 인식되는 랜드마크(200)가 수광부로 인식되는 단계와(S30), 상기 주행경로 상에 연결되는 랜드마크(200) 간에 일대일 상대 거리 좌표값이 제어부로 저장되는 단계와(S40)로 이루어진다.

우선 상기 한 쌍의 발광원을 가지는 프로젝터(10)가 작동하여 빛을 조사하고(S10), 이동로봇(100)은 이동공간 내에서 일정 형태로 주행하는데(S20), 주행시 이동공간 내의 장애물 및 벽 등은 별도로 마련되는 다양한 센서에 의해 인지하여 회피하며 주행됨은 물론이다.

이에 따라 주행하는 과정에서 프로젝터(10)로부터 조사된 빛이 랜드마크에 반사되어 수광부(20)로 인식되며(S30), 이 경우 제어부(30)는 직전 인식된 랜드마크(200)와 현재 인식된 랜드마크(200) 간에 북동(N)방향 기준축을 대하여 형성되는 이동각도와 이동거리값이 저장된다(S40).

이러한 과정을 거쳐 모든 랜드마크(200)가 인식되어 그 상대 거리 좌표값이 저장되면 맵 생성과정이 종료된다.

이에 따라 형성된 랜드마크(200)간의 상대거리 좌표값에 따라 제어부(30)는 특정 위치로 이동하여야 할 경우 최단경로를 설정하여 오차를 최소화하며 이동할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 술기 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

상기에서 기술된 바와 같이 본 발명은 매우 크고 높은 연관성을 갖는 공분산 행렬에 대한 부담도 없으며 랜드마크의 위치를 구하는 과정에서 생기는 오차가 일대일로만 적용되므로 오차가 누적되지 않는 효과가 있다.

또한 높은 정확도를 갖도록 불필요한 알고리즘이나 장치가 부가되지 않아 제작 비용을 줄일 수 있으며 로봇의 구성을 보다 간단하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 맵 생성시스템을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 맵 생성과정을 나타내는 구성도.

도 3은 제어부에 저장되는 위치 정보에 대한 예를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 맵 생성과정을 나타내는 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 프로젝터 20 : 수광부

30 : 제어부 100 : 이동로봇

200 : 랜드마크

Claims (4)

1. 이동 공간 내에 주행가능하도록 구동부가 형성된 이동로봇과;

   상기 이동 공간 내의 일정 지점에 고정 위치되어 천정부를 향해 빛을 조사하는 프로젝터와;

   상기 프로젝터에 의해 조사된 빛이 반사되어 이를 이동로봇이 감지함으로써, 이동 공간 내의 위치를 인식하도록 하기 위해 천정부에 배치되되, 각각의 랜드마크 중 서로 이격 배치되어 연결되며 주행하는 이동로봇의 주행경로에 의해 연속적으로 배치되는 다수개의 랜드마크와;

   상기 이동로봇 외측에 장착되며 랜드마크에 의해 반사되는 빛을 수광하는 수광부 및;

   이동로봇의 이동 공간 내에 경로설정을 위해 수광부에서 인식하는 랜드마크의 위치 정보를 저장하여 이를 통해 맵을 생성하는 맵핑과정에서 상기 연속적으로 배치되는 양 랜드마크 간의 일대일 상대 거리 좌표값을 저장하고 있으며, 특정 랜드마크로 이동 시 상기 일대일 상대 거리 좌표값으로 경로를 계획하여 이동하도록 상기 이동로봇의 구동부를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지되,

   상기 일대일 상대 거리 좌표값은 상대 거리를 측정하는 양 랜드마크 중 주행하여 통과한 랜드마크가 기준 랜드마크가 되며, 현재 인식된 랜트마크가 설정된 기준축에 대해 형성되는 각과 이동거리로 표현되는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 맵 생성 시스템.
2. 삭제
3. 이동 공간 내에 자율주행하는 이동로봇과, 상기 이동 공간 내의 일정 지점에 고정 위치되어 천정부를 향해 빛을 조사하는 프로젝터와, 상기 프로젝터에 의해 조사된 빛이 반사되어 이를 이동로봇이 감지함으로써 이동 공간 내의 위치를 인식하도록 하기 위해 천정부에 배치되는 랜드마크와, 상기 이동로봇 외측에 장착되며 랜드마크에 의해 반사되는 빛을 수광하는 수광부 및 다수개의 각각의 랜드마크 중 서로 이격 배치되어 연결되며 주행하는 로봇의 주행경로에 의해 연속적으로 배치되는 양 랜드마크 간의 일대일 상대 거리 좌표값만을 저장하여 특정 랜드마크로 이동 시 상기 일대일 상대 거리 좌표값으로 경로를 계획하여 이동하도록 이동로봇의 구동부를 제어하는 제어부로 이루어져 이동로봇이 주행하기 위한 경로 설정을 위해 이동 로봇의 맵 생성방법에 있어서,

   상기 이동로봇이 이동공간에 위치하여 경로설정을 위해 랜덤하게 주행하며 이동공간의 일정 지점에 고정 위치되는 프로젝터로부터 빛이 조사되는 단계와;

   상기 이동로봇의 수광부에 다수개의 랜드마크가 프로젝터로부터 조사된 빛에 의해 입사되어 순차적으로 인식되되, 주행하는 로봇의 주행경로에 의해 연속적으로 배치되는 양 랜드마크들 간에는 일대일 상대 거리 좌표값이 이동로봇의 제어부에 저장되어 맵이 생성되는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 맵 생성방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 일대일 상대 거리 좌표값은 순차적으로 인식되는 양 랜드마크 들간에 상대 거리로, 양 랜드마크 중 주행하여 통과한 랜드마크가 기준 랜드마크가 되며, 현재 인식된 랜트마크가 설정된 기준축에 대해 형성되는 각과 이동거리로 표현되는 것을 특징으로 하는 상대좌표계를 이용하여 맵 설정이 이루어지는 이동로봇의 맵 생성방법.